轨道小型液压起重机设计(机架和小车设计)说明书2.doc

湖南工业大学本科毕业设计（论文）（2011届） 本科毕业设计（论文）题 目 名 称：轨道小型液压起重机(机架和小车的设计) 学 院（部）： 专 业： 学 生 姓 名： 班 级： 学号 指导教师姓名： 职称 最终评定成绩： 2011 年 5 月摘 要轨道小型液压起重机广泛应用于工业的各个领域，它集成了机构的设计与液压的设计，符合我们机械设计的要求。本次设计的类容主要是针对轨道小型液压起重机的机架和小车的设计，设计类容有：系统工作原理及方案的确定；有轨小车运行机构的计算；回转运行机构的计算；齿轮传动的设计。设计要求起重机起重质量6t；小车运行速度为20m/min（速度误差小于15%）。关键字：轨道小型液压起重机；回转运动目 录第一章 绪 论3第二章 系统工作原理及方案的确定6第三章 有轨小车运行机构计算83.1车轮与轨道的选择并验算其强度83.2运行阻力的计算93.3选择电动机103.4验算电动机发热条件103.5计算电动机的起动时间113.6选择减速器113.7算运行速度和实际所需功率123.8按起动工况校核减速器功率123.9验算起动不打滑条件133.10选择制动器133.11选择高速轴联轴器及制动轮143.12选择低速轴联轴器15第四章 回转运行机构的计算164.1确定回转机构的总体方案164.2轨道直径计算164.3中心枢轴计算174.4选定工业车轮18第五章 齿轮传动设计195.1选定齿轮类型、精度等级及齿数195.2按接触强度设计195.3按齿根弯曲强度设计205.4几何尺寸计算22总 结23参 考 文 献24致 谢25附 录26第一章 绪 论提高劳动生产率。起重机械是现代化生产不可缺少的组成部分，有些起重机械还能在生产过程中起重机械是一种空间运输设备用是完成重物的位移。它可以减轻劳动强度，进行某些特殊的工艺操作，使生产过程实现机械化和自动化。 起重机械帮助人类在征服自然改造自然的活动中，实现了过去无法实现的大件物件的吊装和移动，如重型船舶的分段组装，化工反应塔的整体吊装，体育场馆钢屋架的整体吊装等。 使用起重机械有巨大的市场需求和良好的经济性，近几年起重机械制造行业发展迅速，年均增长约20%。因为从原材料到产品的生产过程中，利用起重运输机械对物料的搬运量常常是产品重量的几十倍，甚至数百倍。据统计，机械加工行业每生产1吨产品，在加工过程中要装卸、搬运50吨物料，在铸造过程中要搬运80吨物料。在冶金行业每冶炼1吨钢，需要搬运9吨原料，车间之间的转运量为63吨，车间内部的转运量达160吨。 起重运输费用在传统行业中也占有较高比例，如机械制造业用于起重运输的费用占全部生产费用的1530%，冶金行业用于起重运输的费用占全部生产费用的3545%，交通运输行业货物的装卸储存都要依靠起重运输机械，据统计海运费用中装卸费用占总运费的3060%。起重机械按结构不同可分为轻小型起重设备、升降机、起重机和架空单轨系统等几类。轻小型起重设备主要包括、吊具、千斤顶、手动葫芦、电动葫芦和普通绞车，大多体积小、重量轻、使用方便。除电动葫芦和绞车外，绝大多数用人力驱动，适用于工作不繁重的场合。它们可以单独使用，有的也可作为起重机的起升机构。有些轻小型起重设备的起重能力很大。 压千斤顶的起重量已达 750吨。升降机主要作垂直或近于垂直的升降运动，具有固定的升降路线，包括电梯、升降台、矿井提升机和料斗升降机等。起重机是在一定范围内垂直提升并水平搬运重物的多动作起重机械。架空单轨系统具有刚性吊挂轨道所形成的线路，能把物料运输到厂房各部分，也可扩展到厂房的外部。多数起重机械在吊具取料之后即开始垂直或垂直兼有水平的工作行程，到达目的地后卸载，再空行程到取料地点，完成一个工作循环，然后再进行第二次吊运。一般来说，起重机械工作时,取料、运移和卸载是依次进行的,各相应机构的工作是间歇性的。起重机械主要用于搬运成件物品，配备抓斗后可搬运煤炭、矿石、粮食之类的散状物料，配备盛桶后可吊运钢水等液态物料。有些起重机械如电梯也可用来载人。在某些使用场合，起重设备还是主要的作业机械，例如在港口和车站装卸物料的起重机就是主要的作业机械。驱动装置是用来驱动工作机构的动力设备的。常见的驱动装置有电力驱动、内燃机驱动和人力驱动等。电能是清洁、经济的能源，电力驱动是现代起重机的主要驱动型式，几乎所有的在有限范围内运行的有轨起重机、升降机、电梯等都采用电力驱动。对于可以远距离移动的流动式起重机（如汽车起重机、轮胎起重机和履带起重机）多采用内燃机驱动。人力驱动适用于一些轻小起重设备，也用作某些设备的辅助、备用驱动和意外（或事故状态）的临时动力。工作机构包括：起升机构、运行机构、变幅机构和旋转机构，被称为起重机的四大机构。 （1）起升机构，是用来实现物料的垂直升降的机构，是任何起重机门工起重机械不可缺少的部分，因而是起重机最主要、最基本的机构。（2）运行机构，是通过起重机或起重小车运行来实现水平搬运物料的机构，有无轨运行和有轨运行之分，按其驱动方式不同分为自行式和牵引式两种。 （3）变幅机构，是臂架起重机特有的工作机构。变幅机构通过改变臂架的长度和仰角来改变作业幅度。 （4）旋转机构，是使臂架绕着起重机的垂直轴线作回转运动，在环形空间运移动物料。起重机通过某一机构的单独运动或多机构的组合运动，来达到搬运物料的目的。取物装置是通过吊、抓、吸、夹、托或其他方式，将物料与起重机联系起来进行物料吊运的装置。根据被吊物料不同的种类、形态、体积大小，采用不同种类的取物装置。例如，成件的物品常用吊钩、吊环；散料（如粮食、矿石等）常用抓斗、料斗；液体物料使用盛筒、料罐等。也有针对特殊物料的特种吊具，如吊运长形物料的起重 架空单轨系统 横梁，吊运导磁性物料的起重电磁吸盘，专门为冶金等部门使用的旋转吊钩，还有螺旋卸料和斗轮卸料等取物装置，以及集装箱专用吊具等。合适的取物装置可以减轻作业人员的劳动强度，大大提高工作效率。防止吊物坠落，保证作业人员的安全和吊物不受损伤是对取物装置安全的基本要求。 第二章 系统工作原理及方案的确定起重机械的基本参数有：起重量、起升高度、跨度、各机构的工作速度及各机构的工作级别。有些起重机械的生产率、外形尺寸、幅度、起重力矩等也是重要参数。这些参数说明起重机械的工作性能和技术经济指标，是设计起重机械的技术依据，也是生产使用中选择起重机械技术性能的依据。考虑到我们的设计能力和设计课题的要求，我们着重对小车和机架进行研究。下面就小车的设计提出了两种不同的方案：图一：减速器居中方案图二：减速器电机重心居中方案图一方案传动力均衡但质量不均衡图二方案质量均衡但传动力不均衡考虑到起重机要承受很大的重力因此电机的重量对整体的质量影响很小，所以选图一的方案更合理。起重机械的工作级别也是起重机械的一个非常重要的参数。设计起重机械时，必须考虑使用条件。因此，把起重机械划分为若干工作级别，其目的是提供合理的结构和建立机械设计基础的方法。作为制造的技术依据，选择满足使用要求的特定起重机。轨道小型液压起重机主要有行走系统，电气控制系统和液压控制系统三部分组成。将小车底盘作为工作台，电动机，液压系统和吊臂都安装在上面，由遥控装置来控制电动机，通过电动机对液压泵的控制，从而控制液压马达的转速和液压缸的活塞速度，以实现规定的动作。液压泵驱动四个液压马达和两个液压缸以实现前轮的转动，卷筒的转动，转盘的转动，吊臂的伸缩和吊臂的升降，由于这几个机构不是同时工作，泵的最大流量由这几个机构中流量最大的机构所决定。由于电动机和泵的连接不一定在同一轴线上，所以在电动机与泵之间装上一个弹性联轴器，以消除抖动。应检查主要受力构件是否有整体或局部失稳、疲劳变形、裂纹、严重腐蚀等现象。金属结构的连接、焊缝有无明显的变形开裂。螺栓或铆固连接不得有松动、缺损等缺陷。高强度螺栓连接是否有足够的预紧力。金属结构整体防腐涂漆应良好。第三章 有轨小车运行机构计算3.1车轮与轨道的选择并验算其强度车轮最大轮压：小车质量估计为G=1200 kg。假定轮压均布：车轮最小轮压：初选项车轮：由【1】附表达17可知，当运行速度v<60m/min时，根据GB462884规定，工作级别为轻级时，初选车轮直径D=350mm，后校核其强度。车轮直径：D=350mm强度验算：按车轮与轨道为线接触及点接触两种情况验算接触强度。车轮踏面疲劳计算载荷： （【2】式51）车轮材料，取ZG340640，=340Mpa，=640Mpa。材料：ZG340640 轨道：P24线接触局部挤压强度： （【2】式52）式中：许用线接触应力常数（N/mm）,由【2】表52查得k =6。转速系数，由【2】表53，车轮转速时，=1.09。l车轮与轨道有效接触强度，由【1】附表22，取l=b=26.13。工作级别系数，由【2】表54，当为时=1因为PC>Pc，故满足要求。点接触局部挤压强度： （【2】式53）式中：许用点接触应力强度，由【2】表52查得=0.132R曲率半径，车轮与轨道曲北半径中的大值，车轮，轨道曲率半径mm(由【1】附表2查得)，故取R=300mm。m由比值（r为、中的小值）所确定的系数，=0.58，由【2】表55查得m=0.47。>，故满足要求。根据以上计算结果，按规定直径D=350的轮缘车轮，标记为： 车轮DYL350 GB 4628843.2运行阻力的计算摩擦阻力矩： （【2】式71）由【1】附表19，由D=350mm的车轮组的轴承型号为7518，据此选车轮组轴承为7518，轴承内径和外径的平均值=140mm，由【2】表7173查得滚动摩擦系数k=0.0005，轴承摩擦系数=0.02，附加阻力系数=2.0，代入上式得满载时运行阻力矩：=25.2kg.m=252N运行摩擦阻力：=1440N1440N当无载荷时：=2.1kg.m=21N.m=120N3.3选择电动机电动机静功率： （【2】式79）式中：满载时静阻力，=1440N，机构传动效率，取=0.9。m驱动电机台数，取m=1。初选电动机功率： =1.2*0.51=0.62kW（【2】式710）式中：电机功率增大系数，由【2】中表76查得，=1.2。由【1】附表30选用电动机YZR112M，=1.6kW，=845r/min，=0.11kg. ，电动机质量=74kg。3.4验算电动机发热条件等效功率： =r=0.75*1.25*0.52=4.78（【2】式620）式中：工作级别系数，由【2】表64查得=0.75。r 考虑起动及工作时间对发热的影响系数，由【2】表65查得=0.2，查图66得r=1.25。<，故所选电动机满足发热条件。3.5计算电动机的起动时间起动时间： （【2】式713）式中：=1.5=1.5×9550×=1.5×9550×=27.12N·满载运行时折算到电机轴上的运行静阻力矩：N·m空载运行时折算到电机轴上的运行静阻力矩：N·m初步估算制动轮和联轴器的飞轴矩：=0.26kg·m机构总飞轮矩：=1.15(0.11+0.26)=0.426kg·满载起动时间：空载起动时间：由【2】表76相得，当v=20m/min=0.33m/s时tq推荐值为3s。tq<tqo，故所选电动机满足快速起动要求。3.6选择减速器车轮转速：n=18.2r/min机构传动比：=46.43查附表40选用ZSC400IV减速器：=49.86，=2.5kW，<。ZSC400IV减速器性能参数传动比：49.86传动功率：2.5kw传动极速：3最高转速：1500r/min工作环境温度：-40+40是否可以正反运动：可以3.7算运行速度和实际所需功率实际运行速度：v=v=20*=18.63m/min误差：=*100%=。故合适。实际所需电机等效功率：=0.478*=0.445kW<3.8按起动工况校核减速器功率起动状况减速器传递的功率：式中：计算载荷， 运行机构中同一级传动的减速器个数，=1所选减速器的N轻级=2.5>N。3.9验算起动不打滑条件不计风阻及坡度阻力矩，只验算空载及满载起动两种工况。空载起动时，主车轮与轨道接触处的圆周切向力： （【2】式720）=79.36kg=793.6N式中：主动轮压从动轮压车轮与轨道的粘着力： =600*0.12=72kg=720N<（【2】式712）式中：f粘着系数，对室外工作的起重机，取f=0.12。由于F0<T0，可能打滑解决的办法是在空载起动时增大起动电阻，延长起动时间。满载起动时，主动车轮与轨道接触处的圆周切向力：=233.9kg=2339N车轮与轨道的粘着力：=432kg=4320N>T故满足起动不会打滑，所选电动机适合。3.10选择制动器由【2】查得，对于小车运行机构制动时间tz34s。取tz=4s。因此，所需制动器转矩（【2】式716）=1.85N.m由【4】附表6428选用TJ2A制动器，其制动转矩。TJ2A制动器。3.11选择高速轴联轴器及制动轮高速轴联轴器计算转矩： =1.35*1.8*18.1=44N.m（【2】式626）式中：为电动机额定转矩，=18.1N.mn联轴器的安全系数，运行机构n=1.35。 机构刚性动载系数，=1.22.0，取=1.8 。由【1】附表31查得电动机YZR112M两端伸出轴各为圆柱形d=32mm，l=80mm。由【1】附表37相ZSC400减速器高速轴轴端为圆柱形=30mm，=55mm。故从【1】附表41选GICL1鼓形齿式联由器，主动端A型槽=32mm，L=80，从支端A型键槽=30mm，L=55mm，标记为：GICL1联轴器ZBJ1901389其公称转矩=630N.m>，飞轮矩=0.009kg. ，质量G=5.9kg。高速轴制动轮：根据制动器已选定为TJ2A。由【1】附表16选制动轮直径D=100mm，圆柱形轴d=32mm，L=80mm,标记为：制动轮100Y32 JB/ZQ438986。3.12选择低速轴联轴器其飞轮矩=0.2kg. ，质量=10kg。上联轴器与制动轮飞轮矩之和： +=2.09与原估计0.26kg. 基本相符，估上计算不需修改。低速轴联轴器计算转矩：=*44*49.86*0.9=987.2N.m由【1】附表37查得ZSC400减速器低速轴端为圆柱形d=65mm，L=85mm，取浮动轴装联轴器轴径d=60mm，L=85mm，同【1】附表42选用两个GICL3鼓形齿式联轴器。其主动端：Y型轴孔A型键槽，=65mm，L=85mm，标记为：DICLZ3联轴器ZBJ1901489由前面已按规定车轮直径D=350mm，由【1】附表19取车轮轴=60mm，L=85mm，标记为：GICLZ3联轴器ZBJ1901489 此联轴器的参数为：公称转矩：1000Nm许用转速：4000r/min轴孔直径：d1=22,d2=71轴孔长度：38-142转动惯量：0.009-0.01675kgmm润滑脂用量：42mL质量：7.6kg第四章 回转运行机构的计算4.1确定回转机构的总体方案图三：推力轴承旋转方案图四：轮组整体结构旋转方案图三示方案采用推力轴承旋转很自如但是不能承受很大的扭矩图四示方案采用的是轮组整体结构旋转的阻力变大但是能承受较大的扭矩和压力考虑到起重机要承受很大的压力而且在压力不平衡时会产生很大扭矩而旋转阻力可通过加大动力解决，因此决定采用图四所示方案。4.2轨道直径计算轨道直径的大小，一般应保证不需要中心枢轴参心加工作条件下，回转部分在工作状态最大作用下不致倾翻，由【3】式917： 式中：V总垂直力，设上机构的质量为500kg。故取V=5000+60000=65000N超重机回转部分的稳定系数，取=1.1。各垂直力及水平对y轴力矩和，假设管的中心最 多偏离支承中心1.5m，则： 由【3】式918，则最小轨道半径为： 取D=2m4.3中心枢轴计算中枢轴工作时的水平力，由可得： 轴的截面尺寸：（由【1】式72）式中：最大的弯矩， 许用弯曲应力，由【1】表716查得=160Mpa把以上数据代入上式可得： 取d=60mm中心枢由的结构简图如下所示：图五：中心枢轴结构简图4.4选定工业车轮初定选用8个滚轮，假设上车架的重量为G=700kg，滚轮的轮压：由【4】表9131选用工业脚轮。型号：GB/T 14688-1993使用数量：8轮子直径：200单个最大承受力：10000N第五章 齿轮传动设计5.1选定齿轮类型、精度等级及齿数考虑此减速器的功率不大，故大、小齿轮孝选用硬齿面。由【5】表101选得大、小齿轮的材料均为45，并经淬火，齿面硬度为4855HRC。精度等级为7级。由传动比：选取小齿轮齿数为24，大齿轮齿数为240。5.2按接触强度设计由设计计算公式：（【5】式109a）式中：载荷系数，取=1.2 。小齿轮传递的转矩 材料的弹性影响系数。由【5】表106查得=189.8Mpa。 齿宽系数，由【5】表107，取=0.6。 小齿轮接触疲劳强度极限，由【5】式1021e相得 u齿数比，u=10把上述数据代入上式可得：由圆周速度齿宽为：模数：齿高：h=2.25*m=2.25*3=6.75mm b/h=43.2/6.75=6.4根据v=0.033m/s，7级精度，由【5】图108查得动载系数=1.03。直齿轮，假设，由【5】表103查得由【5】表102查得使用系数=1。 由【5】表104得。由【5】图1013查得=1.08。（由b/h=5.3，查取）。故载荷系数： （【5】式102）按实际的栽花系数校正所算得的分度圆直径由【5】式1010a得：则5.3按齿根弯曲强度设计由【14】式105：式中：K载荷系数，齿形系数，由【14】式105查得=2.65，2.06应校正系数，由【14】表105查得=1.58，=1.97。由【14】图1020d查得大、小齿轮的弯曲疲劳强度极限由【14】图1018查得弯曲疲劳寿命系数，。取弯曲疲劳安全系数S=1.3。由【14】式1012得：计算大、小齿轮的并加以比较。小齿轮数值较大。把以上数值代入上式可得：由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触所决定的承载能力，么与齿轮走私有关。故由弯曲强度算得的模数3.37mm，并就近圆整为标准值m=3mm，由 取5.4几何尺寸计算分度圆直径：中心距：齿轮宽度： ，圆整取，。总 结首先，我感触最深的就是：实践的重要性。这次设计中我做了许多重复性的工作，耽误了很多的时间，但是这些重复性的工作却增强了我的实践能力和动手能力，积累了设计经验。同时也得到一条经验，搞设计不能只在脑子里想它的结构，必须动手，即使你想的很完美，但是到实际的设计过程时，会遇到许多臆想不到的问题。其次，我学会了查阅资料和独立思考。当开始拿到毕业设计题目时，心里真的是一点头绪也没有，根本不知道从那里下手。在吴启华老师的指导下，我开始查阅相关书籍，借鉴他人的经验，结合自己的构想，再利用自己所学过的专业知识技能，深入了解了机械传动原理及机械系统的设计方案。把设计意图从构想阶段变为可读者付诸生产的实现阶段。我发现每一个设计都是一个创新、修改、完善的过程，在设计的过程中，运用自己所掌握的知识，发挥自己的想象力来搞好自己的设计，这个过程也是一个学习的过程。这是一个艰辛的过程，很幸运能吴启华老师的指导下，边学边用，才能按时按量完成规定的任务。设计的完成，给了我很大的信心：我完全有能力利用自己所学过的知识和技能完成我并不熟悉的任务。在设计过程我更深切的体会到：独立自主是关键，互协作更重要。参 考 文 献1 陈道南、盛汉中主编起重机课程设计北京：冶金工业出版社19822 陈道南主编起重运输机械北京：冶金工业出版社19873 蒋国仁主编港口起重机械大连：大连海事出版社19944 成大先主编机械设计手册成大先主编第四版第二卷 机械设计北京：高等教育出版社19955 邓英剑、杨东生主编.公差配合与测量技术. 北京：国防工业出版社.20086 农业机械化科学研究院编实用机械设计手册上北京：中国农业机械出版社7 周开勤主编机械零件手册第四版北京：高等教育出版社19938 赵近谊、缪翠姣主编AutoCAD2006应用教程北京：科学出版社20079 秦同瞬、杨承新主编物流机械技术北京：人民交通出版社200110 梁德本、叶玉驹主编机械制图手册北京：机械工业出版社200111 邹培海、银金光主编.机械设计课程设计.北京：清华大学出版社；北京交通大学出版社.200912 李硕、栗新主编.机械制造工艺基础.北京：国防工业出版社.200813 邹培海、银金光主编.机械设计基础. 北京：清华大学出版社；北京交通大学出版社.200914 西北工业大学机械原理及机械零件教研室编濮良贵、纪名刚主编致 谢本毕业设计在选题及设计过程中得到了吴启华老师的细心指导，吴老师多次询问设计进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路、精心点拨、热忱鼓励，苏老师一丝不苟的工作作风，严谨求实的工作态度，踏踏实实的工作精神，不仅教了我们专业知识，而且教了我们如何做人，对苏老师的感激之情是无法用言语表达的。感谢大学三年来教我的各位老师，没有他们的精心培育，我就不会有今天的专业知识，也不可能完成毕业设计。感谢学校各位领导对我们的重视，不仅为我们提供了良好的毕业设计条件，而且对我们进行精神上的鼓励。在整个毕业设计过程中，课题组的各位同学密切合作是顺利完成设计的保证，在此也向小组成员表示感谢。感谢学长、学姐们，他们给我们留下了许多宝贵的资料，从他们的文章里，我们学到了很多软件开发的知识，激发了我们的设计灵感，为我们能够如期完成课题设计给予了很大的帮助。毕业设计的成绩和上述老师和同学的帮助是密不可分的，当然设计中的缺点和错误都由我承担。最后，向我的父亲、母亲致谢，感谢他们的抚育之恩。附 录图纸：序号名称图幅1起重运输设备系统原理图A02小车下车架A03 小车装配图A04中心曲轴支座A25大齿环A36轴承端盖A37小齿轮A48中枢轴A426